3D -tulostustekniikan päätyypit

3D-tulostus on vaikuttanut moniin toimialoihin, mahdollistaen esimerkiksi prototyyppien, räätälöityjen tuotteiden ja jopa monimutkaisten lääketieteellisten implanttien luomisen. Vaikka 3D-tulostusmenetelmiä on useita, joilla jokaisella on omat vahvuutensa ja ihanteelliset käyttötarkoituksensa, on tärkeää ymmärtää tärkeimmät tyypit. Tässä artikkelissa tarkastellaan yleisimpien 3D-tulostustekniikoiden perusteita, sovelluksia, etuja ja haittoja. Näitä ovat sulatettu kastausmallinnus (FDM), stereolitografia (SLA), digitaalinen valonkäsittely (DLP), selektiivinen lasersintraus (SLS), materiaalisuihkutus, pudotus pyynnöstä, hiekka-sideainesuihkutus, metalli-sideainesuihkutus, suora metallilasersintraus (DMLS), selektiivinen lasersulatus (SLM) ja elektronisuihkusulatus (EBM). Ymmärtämällä nämä menetelmät voit valita tarpeisiisi sopivan 3D-tulostuslähestymistavan.

Lyhyt vertailutaulukko:

Teknologia	Käytetyt materiaalit	Sovellukset	Edut	Haitat
FDM	Muovit	Prototyypit, mallit	Halpa, yksinkertainen	Huonompi laatu
Palvelutasosopimus	Hartsit	Sileät prototyypit	Hienot yksityiskohdat	Kalliimpi
SLS	Polymeerijauheet	Toiminnalliset osat	Vahvat ja kestävät osat	Kallis
Materiaalin suihkutus	Fotopolymeerit	Monimateriaaliset/väriset osat	Hienot yksityiskohdat, useita materiaaleja	Rajoitetut materiaalit
Puolustusministeriö	Fotopolymeerit, vaha	Mallit, prototyypit	Monimateriaalinen kyky	Hitaampi nopeus
Sideaineen suihkutus (hiekka)	Hiekka, sideaine	Metallivalumuotteja	Monimutkaiset mallit	Rajoitetut sovellukset
Sideaineen suihkutus (metalli)	Metallijauhe, sideaine	Metalliosat	Suunnittelun joustavuus	Jälkikäsittely vaaditaan
DMLS	Metallijauheet	Toimivat metalliosat	Suuri lujuus, monimutkaiset geometriat	Kalliit, rajoitetut materiaalit
EBM	Metallijauheet	Huipputehokkaat komponentit	Ylivertainen vahvuus	Hyvin kallis
DLP-tiedosto	Hartsit	Sileät prototyypit	Korkea tarkkuus	Rajoitetut materiaalit, kallis

Sulatetun laskeuman mallinnus (FDM)

Miten FDM 3D-tulostus toimii

FDM on yksi suosituimmista ja helpoimmista 3D-tulostustekniikoista. Prosessi toimii syöttämällä kiinteää muovifilamenttia kuumennetun suuttimen läpi. Suutin sulattaa muovin ja kerrostaa sen kerros kerrokselta tulostusalustalle luodakseen 3D-objektin digitaalisen suunnittelun perusteella.

Yleisiä sovelluksia

FDM/FFF-menetelmää käytetään laajalti prototyyppien valmistuksessa, tuotekehityksessä, työkalujen ja kalusteiden valmistuksessa sekä konseptimallien, taideprojektien ja harrastustarvikkeiden luomisessa. Siinä voidaan hyödyntää useita termoplastisia materiaaleja, kuten PLA:ta, ABS:ää, PETG:tä ja erikoisfilamentteja.

Edut

• Edullinen aloitushinta pöytätietokoneiden 3D-tulostimet
• Laaja materiaalivalikoima eri sovelluksiin
• Suhteellisen yksinkertainen ja turvallinen prosessi

Haitat

• Alhaisempi resoluutio ja pinnanlaatu verrattuna joihinkin muihin menetelmiin
• Näkyvät kerrosviivat tulosteissa
• Mahdollisia ongelmia kuten vääntyminen ja naruttaminen

Kaiken kaikkiaan FDM/FFF löytää hyvän tasapainon maksaa, helppokäyttöisyys ja monipuolisuus monissa sovelluksissa, mikä tekee siitä suositun valinnan 3D-tulostuksessa.

Stereolitografia (SLA)

SLA-tulostusprosessi

SLA on 3D-tulostustekniikka, jossa käytetään nestemäistä fotopolymeerihartsia sisältävää astiaa ja ultravioletti (UV) -laseria osien rakentamiseen kerros kerrokselta. Lasersäde jäljittää jokaisen kerroksen hartsin pinnalla, jolloin se jähmettyy valikoivasti ja muodostaa 3D-objektin.

Keskeiset sovellukset

SLA:ta käytetään yleisesti erittäin tarkkojen prototyyppien, tarkkuusvalumuottien ja loppukäyttöosien valmistukseen esimerkiksi hammaslääketieteessä, koruteollisuudessa ja tuotevalmistuksessa. Sen kyky luoda sileitä pintoja ja tallentaa monimutkaisia yksityiskohtia tekee siitä sopivan näihin sovelluksiin.

Edut

• Korkea tarkkuus ja täsmällisyys
• Erinomainen pinnanlaatu
• Pystyy tulostamaan monimutkaisia geometrioita ja hienoja ominaisuuksia

Haitat

• Kalliimmat tulostimet ja materiaalit verrattuna FDM 3D-tulostukseen
• Rajallinen materiaalivalikoima, enimmäkseen fotopolymeerihartseja
• Jälkikäsittelyä, kuten tuen poistamista, tarvitaan usein
• Nestemäisten hartsien käsittelystä mahdollisesti aiheutuvat terveys- ja turvallisuusongelmat

Vaikka SLA-tekniikka on kalliimpaa, se tarjoaa erinomaisen tulostuslaadun ja yksityiskohtien tarkkuuden, mikä tekee siitä arvokkaan erilaisiin prototyyppien ja pienten tuotantomäärien tarpeisiin useilla eri aloilla.

Digitaalinen valonkäsittely (DLP)

DLP-tulostuksen toimintaperiaate

DLP-tiedosto on toinen 3D-tulostustekniikka, joka käyttää fotopolymeerejä, mutta laserin sijaan siinä käytetään projektoria, joka heijastaa yksittäisen kuvan jokaisesta kerroksesta hartsiastian koko pinnalle. Tämä kovettaa nopeasti koko esineen kerroksen kerralla.

Keskeiset sovellukset

DLP sopii hyvin erittäin tarkkojen prototyyppien, valumallien, hammasmallien ja loppukäyttöisten osien pienten erien valmistukseen. Sen nopeus tekee siitä hyödyllisen sovelluksissa, jotka vaativat nopeampia läpimenoaikoja.

Hyvät ja huonot puolet

Edut

• Nopeammat tulostusnopeudet verrattuna SLA:han
• Korkea tarkkuus ja erottelukyky
• Voi tulostaa monimutkaisia geometrioita

Haitat

• Kalliimpia kuin FDM-tulostimet
• Rajoitetut materiaalivaihtoehdot fotopolymeereihin perustuen
• Vaatii huolellista hartsin käsittelyä
• Saattaa vaatia lisäviimeistelyä/jälkikovetusta

DLP tarjoaa erittäin korkean resoluution suhteellisen suurilla nopeuksilla, vaikkakin FDM:ää korkeammilla kustannuksilla. Se on loistava valinta monimutkaisille prototyypeille, valukappaleille ja erikoistuneille tuotantosovelluksille.

Selektiivinen lasersintraus (SLS)

SLS-tulostusprosessi

Selektiivinen lasersintraus (SLS) on 3D-tulostusprosessi, jossa käytetään tehokasta laseria polymeerijauheen pienten hiukkasten sulattamiseen kiinteäksi rakenteeksi.Laser skannaa ja sintraa (sulataa yhteen) jauheen valikoivasti kerros kerrokselta 3D-mallin perusteella.

Valmistussovellukset

SLS:ää käytetään yleisesti toiminnallisten prototyyppien ja loppukäyttöisten osien valmistuksessa eri toimialoilla, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, autoteollisuudessa ja terveydenhuollossa. Sen kyky tuottaa kestäviä ja lämmönkestäviä osia tekee siitä sopivan valmistussovelluksiin.

Edut

• Ei vaadi tukirakenteita
• Tuottaa erittäin lujia ja toiminnallisia osia
• Voidaan käyttää erilaisia polymeerimateriaaleja

Haitat

• Kalliit teollisuusluokan tulostimet
• Huokoinen pintakäsittely saattaa vaatia jälkikäsittelyä
• Tiukat käyttöympäristövaatimukset
• Sintraamattoman jauheen materiaalijäte

Vaikka SLS:n kustannukset ovat korkeammat, se tarjoaa erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, jotka sopivat ihanteellisesti kestävien prototyyppien ja loppukäyttöisten tuotanto-osien valmistukseen, joissa lujuus ja lämmönkestävyys ovat olennaisia.

Materiaalisuihkutus (MJ)

MJ-painatusprosessi

MJ-painatus, joka tunnetaan myös nimellä PolyJet eli MultiJet-tulostus on 3D-tulostustekniikka, jossa nestemäisiä fotopolymeerimateriaaleja suihkutetaan ja kovetetaan valikoivasti kerros kerrokselta UV-valon avulla. Tulostuspäät annostelevat rakennemateriaalin ja tukimateriaalin samanaikaisesti.

Tyypilliset sovellukset

MJ on erinomainen tuottamaan erittäin yksityiskohtaisia prototyyppejä, konseptimalleja ja loppukäyttöosia eri toimialoilla, kuten tuotesuunnittelussa, valmistuksessa, hammaslääketieteessä, lääketieteessä ja koruissa. Sen kyky tulostaa useita materiaaleja ja värejä yhdellä kokoonpanolla tekee siitä monipuolisen.

Edut

• Mahdollisuus tulostaa useita materiaaleja ja värejä
• Korkea tarkkuus ja hieno yksityiskohtainen resoluutio
• Sileä pintakäsittely vaatii usein vain vähän jälkikäsittelyä

Haitat

• Kalliimmat tulostimet ja materiaalit
• Tukimateriaali on poistettava
• Rajoitetut materiaaliominaisuudet verrattuna joihinkin teknologioihin

Monimateriaalitulostusominaisuuksiensa ja korkean tarkkuutensa ansiosta Material Jetting palvelee monipuolisia prototyyppien ja tuotantotarpeita, joissa monimutkaiset yksityiskohdat, tekstuurit ja värit ovat olennaisia vaatimuksia.

Pudotus kysynnästä (DOD)

Puolustusministeriön tulostusprosessi

Drop on Demand (DOD) 3D-tulostus toimii kerrostamalla valikoivasti nestemäisiä materiaaleja, kuten fotopolymeerejä tai vahaa, tulostusalustalle pisaroina. Pisarat suihkuavat ulos pienten suuttimien läpi, kun tulostuspää liikkuu alustan poikki kerros kerrokselta luodakseen 3D-objektin.

Teollinen ja kaupallinen käyttö

DOD:ia käytetään yleisesti visualisointimalleissa, konseptiprototyypeissä, valumalleissa ja pienissä tuotantoerissä. Sillä on sovelluksia esimerkiksi valmistusteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, autoteollisuudessa, korujen valmistuksessa ja tuotesuunnittelussa.

Edut

• Mahdollisuus tulostaa useita materiaaleja ja värejä
• Sileä pintakäsittely, vähemmän jälkikäsittelyn tarvetta
• Kustannustehokas pientuotantoon

Haitat

• Hitaammat nopeudet verrattuna joihinkin tekniikoihin
• Rajoitetut materiaaliset ominaisuudet
• Tukirakenteita tarvitaan usein

Monimateriaalisen tulostuskapasiteettinsa ja edullisten kustannustensa ansiosta pienillä volyymeilla DOD on monipuolinen vaihtoehto yksityiskohtaisten mallien, prototyyppien ja pienten erien tuotteiden luomiseen eri sektoreilla.

Hiekan sideaineen suihkutus

Miten hiekkasideaineen suihkutus toimii

Hiekka Sideaineen suihkutus on 3D-tulostusprosessi, jossa käytetään kahta materiaalia – hiekkaa ja nestemäistä sideainetta. Hiekkakerrokset kerrostetaan ja yhdistetään valikoivasti levittämällä sideainetta halutuille alueille 3D-mallidatan perusteella. Tämä prosessi luo kerros kerrokselta kiinteitä hiekkamuotteja tai -ytimiä.

Sovellukset

Hiekkasuihkutusta käytetään pääasiassa valimoissa ja metallinvalimoissa hiekkamuottien ja -ytimien nopeaan 3D-tulostukseen metallinvaluprosesseja varten. Se mahdollistaa monimutkaisten geometristen mallien valmistamisen ja nopeuttaa tuotantoa perinteisiin muovaustekniikoihin verrattuna.

Edut

• Kustannustehokas hiekkamuottien/ytimien valmistukseen
• Mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden tulostamisen
• Ympäristöystävällinen, koska se käyttää luonnonhiekkaa

Haitat

• Painettujen muottien lujuus on rajallinen ja ne vaativat kovettumista
• Resoluutio voi olla alhaisempi kuin joissakin muissa 3D-tulostusprosesseissa
• Sovellukset rajoittuvat pääasiassa hiekkamuoottien/ytimien tuotantoon

Vaikka hiekkasideainesuihkutus on rajoitettu valimosovelluksiin, se tarjoaa kustannustehokkaan lisäainevalmistusratkaisun erittäin monimutkaisten hiekkamuottien ja -ytimien nopeaan luomiseen metallinvaluprosesseja varten.

Metallin sideaineen suihkutus

Miten metallisideaineen suihkutus toimii

Metallisideainesuihkutus rakentaa osia kerros kerrokselta käyttämällä kaksikomponenttista metallijauhemateriaalijärjestelmää. Ohuet metallijauhekerrokset kerrostetaan, ja nestemäinen sideaine yhdistää ne valikoivasti 3D-mallidatan perusteella muodostaen "vihreän osan". Tämä vihreä osa käy läpi jatkokäsittelyn, kuten sideaineen poiston, sintrauksen ja tunkeutumisen, jotta saadaan lopullinen tiheä metallikomponentti.

Sovellukset

Tätä lisäaineteknologiaa käytetään monimutkaisten geometristen metalliosien ja -komponenttien valmistuksessa esimerkiksi ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, autoteollisuudessa ja lääketieteessä. Se mahdollistaa räätälöityjen metalliosien, työkalujen ja toiminnallisten prototyyppien valmistuksen tarpeen mukaan.

Edut

• Tuottaa tiheitä, korkealaatuisia metalliosia, joilla on hyvät materiaaliominaisuudet
• Tarjoaa suunnitteluvapautta ja geometrista monimutkaisuutta, joka on vaikeaa perinteisillä menetelmillä
• Taloudellinen verrattuna tiettyihin muihin metallien 3D-tulostusprosesseihin

Haitat

• Tällä hetkellä on rajoitettu valikoima yhteensopivia materiaaleja
• Vaatii lisäkäsittelyvaiheita, kuten sideaineen poistoa ja sintrausta
• Loppuosan laatu voi vaihdella prosessiparametrien mukaan

Yhdistämällä suunnittelun joustavuuden, kustannustehokkuuden ja kyvyn luoda täystiheyksisiä metalliosia, Metal Binder Jetting on yhä houkuttelevampi vaihtoehto teollisten metalliosien tuotantovaatimuksiin.

Suora metallin lasersintraus (DMLS)/Selektiivinen lasersulatus (SLM)

DMLS/SLM-tulostusprosessi

DMLS ja SLM ovat samankaltaisia lisäainevalmistusprosesseja, joissa metalliosat rakennetaan kerros kerrokselta käyttämällä tehokasta laseria. Ohuet kerrokset hienoa metallijauhetta levitetään tasaisesti, ja laser sulattaa tai sintraa jauhehiukkaset valikoivasti yhteen 3D-mallidatan perusteella, jolloin metalli yhdistyy osaksi.

Keskeiset sovellukset

DMLS/SLM-teknologiat ovat laajalti käytössä eri toimialoilla, kuten ilmailu- ja avaruustekniikat, autoteollisuudessa, lääketieteessä ja hammaslääketieteessä, koska ne pystyvät tuottamaan erittäin monimutkaisia ja kestäviä metallikomponentteja, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja yksityiskohtien tarkkuus. Ilmailuteollisuudessa niitä käytetään kevyissä rakenneosissa ja moottorin osissa. Autoteollisuudessa ne mahdollistavat toiminnallisten prototyyppien ja tuotanto-osien valmistuksen. Lääketieteellisiin sovelluksiin kuuluvat potilaskohtaiset implantit ja kirurgiset ohjaimet. Hammaslääketieteessä DMLS/SLM:ää käytetään kruunujen, siltojen ja irrotettavien osaproteesien runkojen valmistuksessa.

Edut:

• Tuottaa vahvoja, tiheitä metalliosia, joilla on hyvät materiaaliominaisuudet
• Mahdollistaa monimutkaiset geometriat, jotka ovat vaikeita perinteisellä valmistuksella
• Osat vaativat vain vähän tai ei lainkaan jälkikäsittelyä

Haittoja:

• Kallis teollisuusluokan tulostimet ja metallijauheet
• Rajoitetut materiaalivalinnat verrattuna joihinkin teknologioihin
• Tarvittavat tukirakenteet, jotka on poistettava
• Korkea energiankulutus

DMLS ja SLM tarjoavat poikkeuksellisen suunnitteluvapauden yhdistettynä kykyyn luoda kestäviä ja toiminnallisia metalliosia. Ne ovat monipuolisia ratkaisuja korkean suorituskyvyn komponenttien valmistukseen eri sektoreilla.

Elektronisuihkusulatus (EBM)

Miten EBM toimii

EBM on 3D-tulostusprosessi joka käyttää fokusoitua elektronisuihkua korkeassa tyhjiössä metallijauheen kerrosten valikoivaan sulattamiseen digitaalisen 3D-mallin mukaisesti. Elektronisuihku lämmittää ja sulattaa metallijauhehiukkaset, jolloin ne sulautuvat yhteen ja jähmettyvät halutun osan muodostamiseksi kerros kerrokselta.

Tehokkaat sovellukset

EBM-teknologia soveltuu hyvin korkealaatuisten, täysin tiheiden metalliosien valmistukseen, joilla on erinomaiset mekaaniset ja lämpöominaisuudet. Sillä on sovelluksia teollisuudenaloilla, jotka vaativat korkean suorituskyvyn komponentteja, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuudessa lentokoneiden moottoreiden osissa ja rakenneosissa, autoteollisuudessa korkean rasituksen komponenteissa, kuten turbiinin lapoissa, lääketieteessä räätälöidyissä ortopedisissa ja hammasimplanteissa sekä energiateollisuudessa kaasuturbiineissa ja sähköntuotantolaitteissa käytettävissä osissa.

Edut

• Rakentaa jännityksenpoistoon tarkoitettuja osia, joilla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet
• Useimmissa tapauksissa tukirakenteita ei tarvita
• Nopeampi rakennus verrattuna joihinkin metallien 3D-tulostusprosesseihin
• Voi käyttää useita korkean suorituskyvyn metallimateriaaleja

Haitat

• Erittäin kalliit teollisuuslaitteet ja käyttökustannukset
• Vaatii erittäin erikoistuneita tiloja ja ammattitaitoisia operaattoreita
• Rajallinen materiaalien yhteensopivuus joihinkin tekniikoihin verrattuna
• Rakennuskammion mittojen aiheuttamat osan kokorajoitukset

Korkeista kustannuksista ja erikoistuneista käyttövaatimuksista huolimatta EBM tarjoaa ainutlaatuisia etuja kestävien ja erittäin lujien metalliosien valmistuksessa vaativiin sovelluksiin eri teollisuudenaloilla, jotka ovat riippuvaisia ​​korkean suorituskyvyn komponenteista.

Herätä suunnittelusi eloon 3D-tulostuksella

Tässä artikkelissa käsiteltiin erilaisia 3D-tulostusprosesseja – edulliseen prototyyppien valmistukseen tarkoitetuista FDM- ja SLA-tulostuksista teollisiin SLS-tulostuksiin kestävien valmistusosien valmistukseen. Monimateriaalitekniikat mahdollistavat monimutkaisten ja moniväristen esineiden valmistuksen. Suora metallin lasersintraus ja sideainesuihkutus tuottavat korkean suorituskyvyn omaavia metallikomponentteja, joilla on suunnittelun joustavuutta.Erikoisprosessit, kuten elektronisuihkusulatus, luovat erittäin kestäviä osia vaativille teollisuudenaloille. 3D-tulostuksen kehittyessä parempien materiaalien, nopeampien nopeuksien ja suuremman tarkkuuden myötä käyttöönotto kasvaa sekä kuluttaja- että teollisuussektoreilla. Valitse oikea 3D-tulostusteknologia ja muuta ideasi todellisuudeksi.

Lue lisää

• ABS vs. PLA: Kumpi sopii paremmin 3D-tulostustarpeisiisi?
• Haiseeko 3D-tulostus? Mitä sinun tulisi tietää
• 3D-tulostusmateriaalien opas: Innovoi valmistusprosessiasi
• Vinkkejä ja niksejä onnistuneeseen FDM 3D -tulostukseen